CN108227732A - 一种无人机飞行姿态测定*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机飞行姿态测定***，包括无人机，以及设置在所述无人机上的测量模块、控制模块、数据处理模块和信号传输模块，其中：所述测量模块包括激光测距传感器，所述激光测距传感器设有多个，所述多个激光测距传感器分别安装在所述无人机的各个边缘对角的位置上，且与地面垂直；所述多个激光测距传感器形成阵列，同步测定所述无人机各个部位相对地面的高度信息；本发明设计合理，通过使用精度非常高的毫米级激光测距传感器，并经过误差分析，从而能够得到精确的无人机姿态信息。
Description
技术领域
本发明涉及农用无人机技术领域，具体涉及一种无人机飞行姿态测定***。
背景技术
随着航空应用技术的发展，将无人机运用于农业植保，为实现节水省药，提高农药利用率的目的，通常采用药业雾化喷洒方式作业。而无人机作业时的飞行姿态则会直接影响到无人机的作业效率、效果，当作业的对象是比较高的果树灌木时，无人机如果不调整飞行姿态的话，会导致喷洒不均匀、喷洒的药物大多被冠层挡住、浪费等现象的发生，而且灌木较深的内部得不到所需的药物，削弱了施药效果，因此无人机的飞行姿态对于无人机喷雾作业具有重要意义；同时，无人机的作业高度也会影响到作业的雾化效果，作业高度过低，雾滴的离散程度不高，易在下落过程中聚集，导致雾滴直径过大；作业高度过高，受到外界风速干扰，下落过程中雾滴被扰乱飘散，导致不能准确喷洒到指定作业区域，同时由于作业高度过高导致下沉力不足，雾滴只能附着在施药对象的冠层，削弱对需要在根茎部施药的作物的施药效果，因此准确控制作业高度对于无人机喷雾过程也具有重要意义。
目前，实现测定无人机飞行姿态信息的方式有两种，一种是相对姿态测量法，另一种是绝对姿态测量法，相对姿态测量法最常用的是利用陀螺仪，或者陀螺仪、加速度计、磁强计组合，而绝对姿态测量法常用的有两种，一是利用热电堆红外传感器感知地球大气与大地间红外热辐射的差异来提取地平线进而获得航空器的姿态信息，二是利用图像处理技术获得无人机姿态信息。但是，利用陀螺仪等惯性器件的话，无人机飞行过程中的附加加速度会使姿态参数的解算变得相当复杂，微型陀螺若长时间工作，会产生较大的累计误差；而绝对姿态测量法不需要积分环节就可获取小型无人机的姿态信息，因此这类测量***通常具有动态品质良好，不存在累计误差的优点，但这种测定方法造价成本高，并且不适合农业航空这种低空飞行的无人机；针对以上问题，目前已有许多的研究，楚仕彬、袁亮等发表的《小型四旋翼无人机姿态测量仿真研究》，王佳等发表的《基于红外辐射的小型无人机姿态测量方法研究》，程浩等发表的《基于图像配准的无人机姿态测量技术研究》，但以上研究都没有解决长时间工作，会导致累计误差大，不适合低空飞行等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种能够时时获得无人机飞行姿态信息以及真实高度、对GPS、RTK的数据进行校准，大大提高无人机作业效率的无人机飞行姿态测定***。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种无人机飞行姿态测定***，包括无人机，以及设置在所述无人机上的测量模块、控制模块、数据处理模块和信号传输模块，其中：
所述测量模块包括激光测距传感器，所述激光测距传感器设有多个，所述多个激光测距传感器分别安装在所述无人机的各个边缘对角的位置上，且与地面垂直；所述多个激光测距传感器形成阵列，同步测定所述无人机各个部位相对地面的高度信息；
所述控制模块包括主控板，所述控制模块控制所述无人机的飞行高度以及飞行方向；
所述数据处理模块包括测定程序，所述数据处理模块将所述测量模块得到的数据进行处理计算，经过计算分析，消除***误差以及随机误差，并通过所述测定程序确定所述无人机是往前倾斜、往后倾斜、还是左右倾斜，以及无人机倾斜的程度，从而得到无人机飞行姿态信息；所述数据处理模块通过将所述测量模块得到的数据进行处理计算，得到所述无人机的高度，并通过对GPS、RTK数据的比较，从而达到校准无人机高度的目的，为无人机定高调整提供数据支持；
所述信号传输模块将所述数据处理模块测定的无人机飞行姿态信息传输到可移动设备中，供操作者直观观察。
优选地，所述激光测距传感器为毫米级激光测距传感器。
优选地，所述测量模块为超声波测距传感器或者红外测距传感器。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
(1)本发明设计合理，通过使用精度非常高的毫米级激光测距传感器，并经过误差分析，从而能够得到精确的无人机姿态信息；
(2)本发明利用的是相对测量的思路，可以时时获得相对于参考系的真实距离，由于无人机的飞行事故几率比较低，故比较适合安装在低空飞行的无人机上。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A的放大图；
图3为本发明激光测距传感器的结构示意图。
图中附图标记为：1、无人机；2、激光测距传感器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1～3所示，一种无人机飞行姿态测定***，包括无人机1，以及设置在所述无人机1上的测量模块、控制模块、数据处理模块和信号传输模块，其中：
所述测量模块包括激光测距传感器2，所述激光测距传感器2为毫米级激光测距传感器，所述激光测距传感器2设有多个，所述多个激光测距传感器2分别安装在所述无人机1的各个边缘对角的位置上，且与地面垂直；所述多个激光测距传感器2形成阵列，同步测定所述无人机1各个部位相对地面的高度信息；所述测量模块也可以设置为超声波测距传感器或者红外测距传感器。
所述控制模块包括主控板，所述控制模块控制所述无人机1的飞行高度以及飞行方向。
所述数据处理模块包括测定程序，所述数据处理模块将所述测量模块得到的数据进行处理计算，经过计算分析，消除***误差以及随机误差，并通过所述测定程序确定所述无人机1是往前倾斜、往后倾斜、还是左右倾斜，以及无人机1倾斜的程度，从而得到无人机1飞行姿态信息；所述数据处理模块通过将所述测量模块得到的数据进行处理计算，得到所述无人机1的高度，并通过对GPS、RTK数据的比较，从而达到校准无人机1高度的目的，为无人机1定高调整提供数据支持；具体来说，本发明的无人机1安装了实现GPS、RTK等功能的设备，其中，所述RTK(Real Time Kinematic，实时动态)载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标，RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法；当无人机1在一个固定实验平台上平稳飞行时，经过***误差的消除后，四个激光测距传感器2得到的高度信息大致相等，然后将四个高度信息的数据平均计算，得到无人机1飞行时的准确真实高度，并将这个数据与无人机1上的GPS、RTK数据进行对比，从而达到校准无人机1高度的目的，为无人机1定高调整提供数据支持。
所述信号传输模块将所述数据处理模块测定的无人机1飞行姿态信息传输到可移动设备中，供操作者直观观察。
本发明设计合理，通过使用精度非常高的毫米级激光测距传感器，并经过误差分析，从而能够得到精确的无人机姿态信息；利用的是相对测量的思路，可以时时获得相对于参考系的真实距离，由于无人机的飞行事故几率比较低，故比较适合安装在低空飞行的无人机上。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种无人机飞行姿态测定***，其特征在于，包括无人机，以及设置在所述无人机上的测量模块、控制模块、数据处理模块和信号传输模块，其中：
所述测量模块包括激光测距传感器，所述激光测距传感器设有多个，所述多个激光测距传感器分别安装在所述无人机的各个边缘对角的位置上，且与地面垂直；所述多个激光测距传感器形成阵列，同步测定所述无人机各个部位相对地面的高度信息；
所述控制模块包括主控板，所述控制模块控制所述无人机的飞行高度以及飞行方向；
所述数据处理模块包括测定程序，所述数据处理模块将所述测量模块得到的数据进行处理计算，经过计算分析，消除***误差以及随机误差，并通过所述测定程序确定所述无人机是往前倾斜、往后倾斜、还是左右倾斜，以及无人机倾斜的程度，从而得到无人机飞行姿态信息；所述数据处理模块通过将所述测量模块得到的数据进行处理计算，得到所述无人机的高度，并通过对GPS、RTK数据的比较，从而达到校准无人机高度的目的，为无人机定高调整提供数据支持；
所述信号传输模块将所述数据处理模块测定的无人机飞行姿态信息传输到可移动设备中，供操作者直观观察。
2.根据权利要求1所述的无人机飞行姿态测定***，其特征在于，所述激光测距传感器为毫米级激光测距传感器。
3.根据权利要求1所述的无人机飞行姿态测定***，其特征在于，所述测量模块为超声波测距传感器或者红外测距传感器。
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